Membina kenderaan terbang untuk Mars akan mempunyai kelebihan yang signifikan untuk penerokaan permukaan. Hanya 1.6% ketumpatan udara Bumi di permukaan laut, memberi atau mengambil. Ini bermaksud pesawat konvensional harus terbang dengan cepat di Marikh untuk terus berada di ketinggian. Rata-rata Cessna anda akan menghadapi masalah.
Tetapi alam semula jadi dapat memberikan cara alternatif untuk melihat masalah ini.
Rezim bendalir haiwan, mesin, dan lain-lain yang terbang (atau berenang) dapat diringkaskan oleh sesuatu yang disebut Reynolds Number (Re). Re sama dengan panjang ciri x halaju x ketumpatan bendalir, dibahagi dengan kelikatan dinamik. Ini adalah ukuran nisbah daya inersia dengan daya likat. Rata-rata kapal terbang anda terbang dengan Re: tinggi inersia berbanding dengan lekapan udara. Kerana ketumpatan udara Mars rendah, satu-satunya cara untuk mendapatkan inersia adalah dengan cepat. Namun, tidak semua flyer beroperasi di Re tinggi: kebanyakan haiwan terbang terbang di Re jauh lebih rendah. Serangga, khususnya, beroperasi pada bilangan Reynolds yang agak kecil (secara relatifnya). Sebenarnya, sebilangan serangga sangat kecil sehingga mereka berenang di udara, dan bukannya terbang. Jadi, jika kita menaikkan makhluk kecil seperti bug atau burung kecil, kita mungkin mendapat sesuatu yang dapat bergerak di atmosfer Martian tanpa harus pergi dengan cepat.
Kami memerlukan sistem persamaan untuk mengekang bot kecil kami. Ternyata itu tidak terlalu sukar. Sebagai perkiraan kasar, kita dapat menggunakan persamaan frekuensi rata rata Colin Pennycuick. Berdasarkan jangkaan frekuensi flapping dari Pennycuick (2008), frekuensi flapping bervariasi kira-kira sebagai jisim badan ke daya 3/8, pecutan graviti ke daya 1/2, rentang ke daya -23/24, kawasan sayap ke -1 / 3 daya, dan ketumpatan bendalir hingga -3/8 daya. Itu berguna, kerana kita dapat menyesuaikan diri dengan sepadan dengan graviti Mars dan ketumpatan udara. Tetapi kita perlu tahu apakah kita menumpahkan pusaran dari sayap dengan cara yang wajar. Syukurlah, ada hubungan yang diketahui, ada juga: nombor Strouhal. Str (dalam kes ini) ialah flapping amplitud x frekuensi flapping dibahagi dengan halaju. Dalam penerbangan pelayaran, ternyata cukup terkendali.
Oleh itu bot kami harus berakhir dengan Str antara 0,2 dan 0,4, sambil memadankan persamaan Pennycuick. Dan akhirnya, kita perlu mendapatkan nombor Reynolds untuk serangga terbang yang hidup besar (serangga kecil terbang dalam keadaan aneh di mana banyak pendorong berasaskan seret, jadi kita akan mengabaikannya buat masa ini). Hawkmoth dipelajari dengan baik, jadi kami mempunyai jarak Re untuk pelbagai kelajuan. Bergantung pada kelajuan, ia berkisar antara sekitar 3.500 hingga sekitar 15.000. Jadi di suatu tempat di taman permainan itu akan berlaku.
Terdapat beberapa cara menyelesaikan sistem. Cara yang elegan adalah untuk menghasilkan lekuk dan mencari titik persimpangan, tetapi kaedah yang cepat dan mudah adalah memasukkannya ke dalam program matriks dan menyelesaikannya secara berulang. Saya tidak akan memberikan semua pilihan yang mungkin, tetapi inilah yang berjaya untuk memberi idea:
Jisim: 500 gram
Jarak: 1 meter
Nisbah Aspek Sayap: 8.0
Ini memberikan Str 0,31 (tepat pada wang) dan Re 13,900 (layak) pada pekali angkat 0,5 (yang masuk akal untuk pelayaran). Untuk memberi idea, bot ini mempunyai kira-kira seperti burung (serupa dengan itik), walaupun sedikit di sisi cahaya (tidak sukar dengan bahan sintetik yang baik). Akan tetapi, ia akan melintasi busur yang lebih besar pada frekuensi yang lebih tinggi daripada burung di Bumi, jadi ia kelihatan seperti seekor rama-rama raksasa yang jaraknya dengan mata kita yang dilatih Bumi. Sebagai bonus tambahan, kerana bot ini terbang dalam Reynolds Rezolds, ia masuk akal bahawa ia dapat melompat ke koefisien serangga yang sangat tinggi untuk jangka waktu yang singkat menggunakan dinamika yang tidak stabil. Pada CL 4.0 (yang telah diukur untuk kelawar kecil dan flycatcher, serta beberapa lebah besar), kecepatan gerai hanya 19.24 m / s. Max CL sangat berguna untuk mendarat dan melancarkan. Jadi: bolehkah kita melancarkan bot kita pada 19.24 m / s?
Untuk bersenang-senang, mari kita anggap bot burung / bug kita juga dilancarkan seperti binatang. Haiwan tidak boleh terbang seperti kapal terbang; mereka menggunakan inisiasi balistik dengan menolak dari substrat. Sekarang, serangga dan burung menggunakan kaki berjalan untuk ini, tetapi kelawar (dan mungkin pterosaur) menggunakan sayap untuk menggandakan sistem pendorong. Sekiranya kita membuat sayap bot kita layak, maka kita dapat menggunakan motor yang sama untuk melancarkan seperti terbang, dan ternyata tidak diperlukan banyak tolakan. Terima kasih kepada graviti Mars yang rendah, walaupun sedikit lompatan berjalan jauh, dan sayapnya sudah dapat mengalahkan hampir 19.24 m / s seperti sekarang. Jadi hanya sedikit hop yang akan melakukannya. Sekiranya kita merasa mewah, kita boleh meletakkannya lebih banyak, dan itu akan keluar dari kawah, dll. Walau bagaimanapun, bot kita hanya perlu sekitar 4% lebih cekap sebagai pelompat biologi yang baik untuk dibuat sehingga kepantasan.
Tentu saja nombor ini hanyalah gambaran kasar. Terdapat banyak sebab bahawa program ruang angkasa belum melancarkan robot jenis ini. Masalah dengan penyebaran, bekalan elektrik, dan penyelenggaraan akan menjadikan sistem ini sangat mencabar untuk digunakan dengan berkesan, tetapi mungkin sama sekali tidak mungkin. Mungkin suatu hari nanti para penemu kami akan menggunakan bot rama-rama berukuran bebek untuk pengintaian yang lebih baik di dunia lain.
